PERCOBAAN JEMBATAN WHEATSTONE
Dasar Teori
Hambatan
listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik/ konduktor,yang
dapat di gunakan untukmengatur besarnya arus listrik yang melewati suatu
rangkaian.
Hambatan sebuah konduktor di antara dua
titik diukur dengan memasang sebuah beda potensial diantara titik-titik
tersebut dan membandingkannya dengan arus listrik yang terukur. ( R=V/ I ).
Cara pengukuran hambatan listrik dengan voltmeter dan ampermeter dapat
menggunakan rangkain sperti gambar (1) dan gambar (2).
Gambar 1.
Pengukuran Hambatan cara pertama
1. Buktikan pengukuran gambar 1
menghasilkan harga R dalam persamaan (1)
(1)
Gambar 2.
Pengukuran hambatan cara kedua
2. Buktikan pengukuran gambar 2
menghasilkan harga R dalam persamaan (2) !
(2)
Metode jembatan Wheatstone dapat di
gunakan untuk mengukur hambatan listrik. Cara ini tidak memerlukan alat ukur
voltmeter dan amperemater,cukup satu Galvanometer untuk melihat apakah ada arus
listrik yang melalui suatu rangkaian. Prinsip dari rangkaian jembatan
Wheatstone di perlihatkan pada gambar (3).
|
|||||||
|
|||||||
|
Gambar 3.
Rangkaian Jembatan Wheatstone
Keterangan Gambar :
S: Saklar penghubung
G:Galvanometer
E: Sumber tegangan arus
Rs:Hambatan geser
Ra dan Rb:Hambatan yang sudah di
ketahui nilainya.
Rx:
Hambatan yang akan di tentukan nilainya.
Saat saklar S di tutup,maka arus
akan melewati rangkaian.Jika jarum Galvanometer menyimpang artinya ada arus
yang melewatinya,yaitu antara titik C dan D ada beda potensial.Dengan mengatur
besarnya Ra dan Rb juga hambatan geser Rs akan dapat di capai galvanometer G
tak teraliri arus,artinya tak ada beda potensial antara titik C dan D. Dengan
demikian akan berlaku persamaan :
(3)
Untuk
menyederhanakan rangkaian dan untuk menghubungkan besarnya R bergantung pada
panjang penghantar, maka rangkaian jembatan Wheatstone dapat di ubah
menggunakan kawat penghantar seperti gambar (4 ) di bawah ini:
Gambar 4. Rangkaian Jembatan
Wheatstone menggunakan kontak geser di atas kawat penghantar
Pada kawat penghantar AB di berikan
suatu kontak geser yang berasl dari ujung Galvanometer. Gunanya untuk mengatur
agar tercapai pengukuran panjang L1dan
L2 yang akan menghasilkan arus di Galvanometer sama dengan NOL. Oleh karena itu
pada kawat AB perlu di lengkapi skala ukuran panjang.
Dengan menghubungkan persamaan (3)
dengan persamaan (4) diperoleh hasil sebagai berikut:
………………………………………………………… (5)
2. Prinsip kerja jembatan wheatstone
Sirkuit listrik yang terdiri dari empat tahanan, dan sumber
tegangan, yang dihubungkan melalui dua titik diagonal, dan pada kedua titik
diagonal yang lain galvanometer ditempatkan, seperti yang diperlihatkan pada
gambar 5.2 disebut jembatan wheatstone.
Misalkan bahwa K1 tetap
menutup dan K2 terbuka. Tegangan-tegangan melalui terminal a-b pada
saat ini disebut Vab, maka tegangan melalui c-b dan tegangan melalui
d-b masing-masing, dapat dinyatakan sebagai berikut :
.................................................................
(1)
3. Dengan mengatur S, adalah
mungkin untuk membuat Vcb = Vdb, bila hal ini dipenuhi maka
tidak ada arus yang akan mengalir melalui galvanometer, meskipun K2 ditutup. Bila G tidak
memperlihatkan pergeseran meskipun K2 ditutup, maka dikatakan bahwa
jembatan dalam keadaan seimbang. Dalam keadaan seimbang maka didapat persyaratan :
...............................................................
(2)
Persamaan tersebut didapat dari
persamaan 1 bila masing-masing dibagi satu dan lainnya. Jadi dalam keadaan
seimbang maka persamaan dibawah ini didapatkan:
..............................................................
(3)
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiCIIqP8rTAKknMpFMBUplD93f__HhvBAA2_EFbiBqdLnjPc-qp7RNr0HabHbJuOlv9DtvZey7_UVNLC4SWPKw5f5WZm0sRZruCia7GTsVFETjXuAPw4NoPsM-n5_r8HsTEWwwtVfijO4yu/s1600-h/7.JPG
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiCIIqP8rTAKknMpFMBUplD93f__HhvBAA2_EFbiBqdLnjPc-qp7RNr0HabHbJuOlv9DtvZey7_UVNLC4SWPKw5f5WZm0sRZruCia7GTsVFETjXuAPw4NoPsM-n5_r8HsTEWwwtVfijO4yu/s1600-h/7.JPG
Jadi harga dari tahanan yang diketahui bias didapat dengan
menyeimbangkan jembatan bila rasio dari tahanan-tahanan Q/P dan harga dari S
diketahui.
Hubungan yang dinyatakan oleh persamaan
3 disebut syarat keseimbangan untuk jembatan. Mengenai keseimbangan dari
jembatan ketiga hal dibawah ini penting.
Hukum Kirchoff
pertama menyatakan pada setiap titik percabangan jumlah aljabar arus adalah nol
:
SIn =
0 (1)
Disini In
adalah arus yang menuju atau meninggalkan titik percabangan. Hal ini berarti
jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar.
Hukum Kirchoff
kedua menyatakan di dalam suatu rangkaian tertutup dari suatu jaringan, jumlah
potensial sama dengan nol atau dapat ditulis :
Svn =
0 (2)
Apabila terdapat
titik-titik a,b,c,d,e,……, maka Vaa = Vab + Vbc +
Vcd + …….+ V…a
Hukum
Kirchoff II ini berlaku pada jaringan penghantar
linear dan pada setiap kondisi material tidak reaktif.
Ekspresi lain
dari hukum Kirchoff dengan memperhatikan arus dan tegangan serta konvensi tanda
yang benar :
S(In.Rn
- Vn) = 0 (3)
Disini Rs
adalah hambatan dari penghantar ke-n dan Vn besar tegangan.
Skema jembatan Wheatstone
:
C
X R
A B D
Gambar 1.
Rangkaian jembatan Wheatstone
Strain
gauge
terbentuk dari rangkaian jembatan wheatstone. Jembatan wheatstone
tersebut berada dalam kondisi seimbang ketika tidak ada muatan pada load
cell. Pada saat diberi muatan, maka resistansi dari strain gauge
akan segera mengubah ketidak-seimbangan dari rangkaian jembatan wheatstone
tersebut. Belt Weigher ini digunakan dalam jumlah massa sangat besar
dan aliran material kontinyu, dapat memberikan sinyal keluaran untuk
mengalihkan aliran material yang memasuki atau keluar dari belt conveyor,
dan dapat memberikan sinyal yang sebanding dengan penyimpangan antara aliran
terukur dan aliran yang dikehendaki untuk mengatur kecepatan aliran material.
Peranan Sir Charles Wheatstone yang lebih dikenal dengan “Jembatan Wheatstone”-nya
tidak dapat diabaikan dalam perkembangan alat
pensintesa ucapan manusia. Wheatstone
tumbuh sambil membantu bisnis penjualan perangkat
musik keluarganya di London .
Tahun 1821, pada usia sembilan belas tahun ia
mendemonstrasikan alat ciptaannya yang dapat menggetarkan batang logam yang
dieksitasi oleh suatu sumber yang vibrasinya
dirambatkan melalui konduktor
yang padat. Pada tahun 1835, Wheatstone
mendemonstrasikan ciptaannya
kepada Dublin Association.
Kita juga dapat menggunakannya
untuk mengukur kelembaban udara di sekitar kita. Mungkin yang paling praktis,
di kehidupan sehari-hari, adalah kita dapat memakainya untuk mengukur tinggi
permukaan air di tandon air di rumah kita.
Banyak sekali cara mewujudkan osilator/penggetar. Untuk membuat
osilator yang paling stabil kita bisa memakai osilator kuarsa. Sedangkan bentuk
yang paling mudah adalah osilator relaksasi dengan resistor dan kapasitor. Ada kelemahan dan
kelebihan masing-masing di setiap implementasi. Osilator kuarsa lumayan mahal
dibandingkan dengan jenis yang lain tapi mempunyai kestabilan yang sangat
tinggi. Yang paling buruk adalah jenis relaksasi sederhana, lebih mudah dan
murah. Diantara banyak pilihan yang mudah dibangun dan lumayan stabil adalah
osilator jembatan wien .
Osilator jembatan wien
sebenarnya adalah osilator yang memakai jembatan wien
sebagai element umpan balik. Jembatan wien sendiri adalah modifikasi dari Jembatan Wheatstone .
Jembatan ini mempunyai susunan paralel pada salah satu lengan dan susunan seri
pada lengan yang bersebelahan seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan jembatan akan didapatkan persamaan, sebagai syarat kesetimbangan,
Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan jembatan akan didapatkan persamaan, sebagai syarat kesetimbangan,
Apabila
resistor dan kapasitor pada kedua lengan sama nilainya, maka frekuensi
karakteristiknya adalah,
Dapat dilihat pada persamaan (2)
kesetimbangan dapat juga dicapai dengan mengatur frekuensi, sehingga dapat
dipakai untuk memilih frekuensi tertentu, sesuai dengan frekuensi
karakteristiknya. Kesetimbangan yang paling baik dapat dicapai dengan memilih
nilai R3 = 2R4.
Dibandingkan dengan rangkaian
pemilih frekuensi yang lain rangkaian ini lebih baik selektifitasnya.
Jika rangkaian jembatanWien digabung rangkaian
penguat dengan umpan-balik, Gambar 2, akan bisa didapatkan sebuah
osilator yang cukup stabil. Elemen umpan-balik adalah rangkaian jembatan Wien yang telah disebutkan. Karena penguatan elemen ini pada
frekuensi resonansi adalah 1/3 maka agar terjadi resonansi, sesuai kriteria
barkhausen, diperlukan penguat yang mempunyai penguatan 3 kali. Masalah ini
dapat dipahami dari teori dasar sistem umpan balik. Misalnya penguatan penguat
A dan penguatan elemen umpan-balik B maka dapat,
Jika rangkaian jembatan
Dengan substitusi persamaan (5) ke
persamaan (4) akan didapatkan, Terlihat dari persamaan (6)
penguatan keseluruhan (AB) harus sama dengan satu.
Proses osilasinya sendiri dimulai
dengan memberikan penguatan terhadap sinyal-sinyal derau yang ada di dalam
rangkaian. Derau yang ada di dalam rangkaian disebabkan oleh elektron yang
berjalan secara acak di setiap komponen. Derau yang mempunyai frekuensi yang
bermacam-macam ini diperkuat oleh penguat dan
diumpankan kembali ke inputnya.
Akan tetapi karena elemen umpan balik berupa rangkaian pemilih frekuensi maka
hanya frekuensi yang sesuai yang akan terus diperkuat.
Gambar lengkap rangkaian osilator jembatan wien ditunjukkan pada Gambar 3. Sebagai elemen penguat
dipakai opamp TL081 (T1). Fungsi dua dioda yang dipasang paralel dengan
R3 berfungsi sebagai pembatas amplitudo sinyal yang diumpan balik. Sedangkan T2
hanya berfungsi sebagai buffer agar tidak membebani rangkaian yang mengikuti
JEMBATAN WHEATSTONE
DAFTAR NAMA PERALATAN
1. Power supply
2. Voltmeter
3. Resistor variabel
4. Resistor tetap
5. Papan penghubung
GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN
DATA PERCOBAAN
Tegangan Sumber
(Vs) =
...............0.5.......................
Pastikan Rangkaian dalam keadaan setimbang yang ditandaia dengan nilai
arus yang mengalir pada Ampere meter =
nol sehingga Rp x Rab = Rb x Rbc
selanjutnya Rp = (Rb x Rbc)/Rab
Tabel Data Hasil Pengamatan
No.
|
RB
|
Rab = jarak ab (W)
|
Rbc = jarak bc (W)
|
Rp (W)
|
1.
|
10 W
|
21
|
79
|
37.6
|
2.
|
20 W
|
34,5
|
65.5
|
37.9
|
3.
|
30 W
|
44
|
56
|
38.2
|
4.
|
40 W
|
51
|
49
|
38.4
|
5.
|
50 W
|
56,5
|
43.5
|
38.5
|
6.
|
60 W
|
60,5
|
39.5
|
39.1
|
7.
|
70 W
|
64,5
|
35.5
|
38.5
|
8.
|
80 W
|
67,5
|
32.5
|
38.5
|
9.
|
90 W
|
70
|
30
|
38.5
|
10.
|
100 W
|
71
|
29
|
40.8
|
PENGOLAHAN DATA
Selanjutnya dari
pengolahan data pada tabel di atas maka dapat dibuat tabel pengolahan data
secara statistik sebagai berikut:
RAB
|
RB X RBC
|
(RAB)2
|
(Rb x RBC)2
|
RAB (Rb x RBC)
|
21
|
790
|
441
|
624100
|
16590
|
34,5
|
1310
|
1190.25
|
171600
|
45195
|
44
|
1680
|
1963
|
2822400
|
73920
|
51
|
1960
|
2601
|
3841600
|
99960
|
56,5
|
2175
|
3192.25
|
4730625
|
122887.5
|
60,5
|
2370
|
3660.25
|
5616900
|
143385
|
64,5
|
2485
|
4160.25
|
6175225
|
159040
|
67,5
|
2600
|
4556.25
|
6760000
|
175500
|
70
|
2700
|
4900
|
7290000
|
189080
|
71
|
2900
|
5041
|
8410000
|
205900
|
31678,25
|
47986950
|
12311375.5
|
ANALISA
Dari data yang kami dapatkan
melalui praktikum jembatan wheatson dapat disimpulkan bahwa nilai rata-rata
(Rp) adalah stabil. (Rp) dapat dicari melalui
formula :
Rp = Rb x Rbc / Rab
Dimana :
Rb = merupakan tegangan pada resistor variable.
Rbc = jarak yang
dihitung dari B sampai C
Rab = jarak yang dihitung dari A sampai D
Kesalahan-kesalahan yang terjadi :
1. karena kesalahan dalam membaca voltmeter
2. karena kesalahan dalam membaca papan penghubung.
3. kesalahan dalam menghitung tabel.
Untuk mendapatkan data yang
akurat diperlukan kerjasama antar praktikan dalam suatu kelompok dan alat-alat
praktikum yang mendukung.
KESIMPULAN
1. Pada saat tegangan pada
resistor variabel ditambah maka arus yang dihasilkan semangkin besar dan jarak
pada papan penghubungan seimbang
2. Kesalahan perhitungan
diakibatkan karena keliruan membaca volmeter dan jarak pada papan penghubung
Blogwalking clothing :) ------> pammadistro.blogspot.com
BalasHapus